金属材料与金属矿物的开发利用【讲】(人教版)(原卷版).docx

金属材料与金属矿物的开发利用
知识整理

铜及其重要化合物
一、单质铜
1．物理性质：紫红色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。
2．化学性质

（1）常温下，铜在干燥的空气中性质稳定，但在潮湿的空气里会被锈蚀，在其表面逐渐形成一层绿色的铜锈。化学方程式为 。
（2）写出下列化学方程式。
铜在空气中加热： ；
铜丝在硫蒸气中反应： 。
二、铜的重要化合物

1．Cu(OH)2的性质及应用
Cu(OH)2：蓝色 溶于水的固体。

2．Cu2(OH)2CO3的名称为 ，是铜绿、孔雀石的主要成分，受热分解可生成黑色的氧化铜，化学方程式： ；可溶于稀硫酸，离子方程式： 。
3．黑色氧化铜在高温下分解为红色的Cu2O，化学方程式为 。
4．蓝色的硫酸铜晶体受热分解为白色的硫酸铜粉末，化学方程式为 。
（1）CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称 。
（2）无水CuSO4为白色粉末，遇水变 色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据，但无水CuSO4不能做干燥剂。
5．红色的Cu2O与稀盐酸反应，溶液变蓝，同时生成红色的单质铜，离子方程式为

注意事项

铜盐的毒性
铜盐溶液有毒，是因为铜离子能使蛋白质变性从而失去生理活性，故可利用胆矾、熟石灰、水配成波尔多液，用来杀灭植物的病毒。
知识演练

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
（1）向CuSO4 溶液中加入足量Zn粉，溶液蓝色消失：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4。(　　)
（2）用稀硫酸和锌粒制取H2时，加几滴CuSO4溶液以加快反应速率。(　　)
（3）向含较高浓度Cl－的溶液中加入Cu和CuSO4，生成CuCl沉淀而除去Cl－的反应为Cu＋Cu2＋＋2Cl－===2CuCl。(　　)
（4）加入稀硝酸溶解，过滤、洗涤、干燥，可除去Cu粉中混有的CuO。(　　)
（5）将铜丝插入稀硝酸中，反应的离子方程式为Cu＋4H＋＋2NO===Cu2＋＋2NO2↑＋H2O。(　　)
2．Cu2O与稀硫酸反应的离子方程式是____________________；
加热条件下氨被CuO氧化成一种气体单质，写出该反应的化学方程式：____________。
素养提升

一、铜及其化合物的性质及转化
1．下列实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是(　　)
A．将铜粉和硫粉混合均匀并加热以制取CuS
B．向Cu与过量浓硫酸反应后的试管中加水以观察CuSO4 溶液的颜色
C．向CuSO4溶液中加入适量的NaOH，过滤、洗涤并收集沉淀充分灼烧以制取CuO
D．在淀粉溶液中加入适量稀硫酸微热水解，再加入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，产生砖红色沉淀
2．(双选)(2020·山东省实验中学高三诊断改编)氯化亚铜(CuCl)是白色粉末，微溶于水，酸性条件下不稳定，易生成金属Cu和Cu2＋。某小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl，并进行相关探究。下列说法正确的是(　　)

A．制备CuCl时产生的Cl2可以回收循环利用，也可以通入饱和NaCl溶液中除去
B．Cu2(OH)2Cl2 在200 ℃时反应的化学方程式为Cu2(OH)2Cl22CuO＋2HCl↑
C．X气体是HCl，目的是抑制CuCl2·2H2O在加热过程中发生水解
D．CuCl与稀硫酸反应的离子方程式为2CuCl＋4H＋＋SO===2Cu2＋＋2Cl－＋SO2↑＋2H2O
3．某化合物M由两种常见的元素组成，为了测定其组成进行如下实验：

M的化学式可能为(　　)
A．Cu2S　　　　　　　　 B．CuS
C．FeS2 D．Fe3S4
二、铜及其化合物的制备
4．用CuCl2·2H2O制取无水CuCl2的实验装置如图所示，下列说法错误的是(　　)

A．通入HCl可以抑制CuCl2的水解
B．先滴入浓硫酸，再点燃c处酒精灯
C．硬质玻璃管内部右侧会出现白雾
D．装置d中上层为苯，下层为NaOH溶液
5．工业上由黄铜矿(主要成分为CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：

请回答下列问题：
（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的_____________吸收。
a．浓H2SO4　　　　　 b．稀HNO3
c．NaOH溶液 d．氨水
（2）由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为______________________________________。
（3）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等金属
（4）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为___________________________________。

方法技巧

铜的冶炼“两方法”
（1）湿法炼铜：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。
（2）高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：
2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑
粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到高纯度的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜做阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒做阴极即可得到精铜。

知识整理

金属材料与金属矿物的开发利用
一、金属材料(教材补遗)
1．金属材料的种类
金属材料包括 和它们的合金，通常把金属材料分为(1)黑色金属材料：铁、铬、锰以及它们的合金；(2)有色金属材料：除黑色金属以外的其他金属及其合金。
2．合金
（1）概念：两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有 的物质。
（2）性能：合金具有不同于各成分金属的物理化学性能或机械性能。
① 熔点：一般比它的各成分金属都 ；
② 硬度和强度：一般比它的各成分金属都 。
3．重要的黑色金属材料——钢
是用量最大、用途最广的合金。
钢
4．几种有色金属材料

5．新型合金
是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。此外，钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
二、金属矿物的开发利用
1．金属在自然界中的存在
在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外，绝大多数金属元素以 形式存在。
2．金属的冶炼
（1）实质：把金属从化合态 为游离态。
（2）方法：根据金属的活动性顺序不同，金属冶炼的方法分为热分解法、热还原法、电解法等。
冶炼方法
主要反应原理(举例)
热分解法
2HgO2Hg＋O2↑
2Ag2O4Ag＋O2↑
热还
原法
CO做还原剂
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2(高炉炼铁)
H2做还原剂
WO3＋3H2W＋3H2O
活泼金属做还原剂
3MnO2＋4Al3Mn＋2Al2O3
电解法
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
3.铝热反应
实验原理
高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，生成的铁呈熔融态，易与Al2O3分离。化学方程式为Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
实验装置

实验现象
（1）镁带剧烈燃烧，放出大量的热，并发出耀眼的白光，氧化铁与铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；
（2）纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
原理应用
（1）制取熔点较高、活动性弱于Al的金属，如铁、铬、锰、钨等；
（2）金属焊接，如野外焊接钢轨等

知识演练

判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
（1）铝合金大量用于高铁建设。(　　)
（2）储氢合金是一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。(　　)
（3）金属元素的单质在常温下均为固体。(　　)
（4）金属元素在不同化合物中化合价均相同。(　　)
（5）合金材料中不可能含有非金属元素。(　　)
（6）港珠澳大桥的建设使用了大量钢材，钢材是合金。(　　)
（7）铁是人类在生产、生活中最早使用的金属。(　　)
（8）合金中的金属元素都是以化合态形式存在。(　　)
（9）合金的硬度一般大于其成分金属，而熔点一般低于其成分金属。(　　)
（10）金属氧化物与铝粉的混合物都是铝热剂。(　　)
（11）用金属钠在高温下还原TiCl4可制取金属钛。(　　)
（12）人类历史上使用铝的时间比铁晚，原因是铝的冶炼成本高。(　　)
（13）电解氯化镁溶液制取金属镁。(　　)
素养提升

一、金属材料与合金
1．下列生活用品中主要由黑色金属材料制造的是(　　)
A．塑钢门窗　　　　　　 B．不锈钢刀
C．纯铜导线 D．18K金首饰
2．(双选)C919大型飞机的制造采用了大量新材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是(　　)
A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物
B．铝锂合金的硬度比锂大
C．铝锂合金的熔点比铝高
D．铝锂合金耐酸碱腐蚀
3．(双选)下列关于铝的说法中，正确的是(　　)
A．铝的化学性质活泼
B．铝不与酸、碱反应
C．常温下铝不与氧气反应
D．铝表面容易生成一层致密的氧化铝保护膜
二、金属的冶炼
4．下列说法正确的是(　　)
A．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气
B．钢铁厂用热还原法冶炼铁
C．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al不涉及氧化还原反应
D．MgCl2(aq)Mg(OH)2MgOMg
5．金属铝质轻且有良好的防腐蚀性，在国防工业中有非常重要的应用。完成下列填空：
（1）镓(Ga)与铝同主族。写出镓的氯化物与氨水反应的化学方程式：_________________。
（2）用铝和金属氧化物反应制备金属单质是工业上较常用的方法。例如：
2Al＋4BaO3Ba↑＋BaO·Al2O3
常温下Al的金属性比Ba的金属性________(填“强”或“弱”)。利用上述方法可制取Ba的主要原因是_____________。
a．高温时Al的活泼性大于Ba
b．高温有利于BaO分解
c．高温时BaO·Al2O3比Al2O3稳定
d．Ba的沸点比Al的低
三、铝热反应及其应用
6．铝热反应的本质是利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来，关于铝热反应回答下列问题：
（1）用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。
A．KCl　　 B．KClO3　　
C．MnO2　　 D．Mg
（2）用等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物在一定条件下与Al粉进行铝热反应。
①引发铝热反应的操作是______________________________________________。
②产物中单质是________(写名称)。
（3）取少量(1)中铝热反应所得的固体混合物，将其溶于足量稀H2SO4，滴加KSCN溶液无明显现象，______(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是_______________________________________(用离子方程式说明)。